DATOS GENERALESUNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTNEscuela Profesional de Ingeniera Qumica

Curso: Control del Procesos

Prctica N 2: DINAMICA DE PROCESOS EN INTERCAMBIADOR DE CALOR

Integrantes asistentes: Cuadros Huaman, Yuri Begonia (Coordinador) CutiTaquima, Rosala(Seguridad) Huaman Quico, Shirley Elizabeth (Toma de datos) Espinel Maque, Herbert (Operario) Vizcardo Alarcn, Eduardo Pedro(Operario) Arenas Pancca, Elas(Operario)

Turno: Jueves 7-9 am

1. RESUMENLa siguiente prctica nos permite conocer y comprender la dinmica que gobierna el control de un intercambiador de calor, adems de permitir calcular los parmetros importantes como son y K, se hizo uso del mdulo de intercambio de calor con un funcionamiento a contracorriente, se defini las variables a manipular segn las respuestas que presenta dicho mdulo para su control. Segn el modelo matemtico propuesto se sabe que las variables a manipular son el caudal de agua de entrada, el caudal de vapor y la respuesta del sistema la temperatura final del agua.

Una vez obtenidos los datos necesarios segn lo planteado, es que se hace uso de grficas que permiten entender mejor la influencia de las variables manipulables con respecto al tiempo, es de las grficas que tambin se calculan los valores para obtener y K, los valores para los parmetros son importantes ya que expresan el tiempo de respuesta en el control de proceso y la sensibilidad del mismo al cambio.(falta aumentarle algo ms)

2. INFORMACIN BSICA DE LA EXPERIENCIA

2.1. INTRODUCCIN Y ANTESCEDENTESLos sistemas de control son ampliamente utilizados en la industria de procesos, siendo indispensables comprender sus principios de funcionamiento, los fenmenos que ocurren y el comportamiento que tienen en determinadas circunstancias.La prctica sobre el intercambiador permite interactuar con los elementos que definen la dinmica del proceso, la manera como interactan unas con otras para definir la respuesta de salida para el proceso y los valores para los parmetros que gobiernan dicho proceso.2.2. OBJETIVO Y ALCANCE DE LA EXPERIENCIAObjetivo General:1) Evaluar la dinmica en el control de procesos y determinar los parmetros de dicho control.Objetivos Especficos:1. Evaluar la dinmica de transferencia de calor en el intercambiador de calor y conocer la respuesta de este sistema para un comportamiento experimental, comparando con los determinados por modelos matemticos.2. Evaluar la dinmica del proceso en el intercambiador de calor, tomando como variable manipulable el caudal del agua fria de entrada para controlar la temperatura de agua de salida del intercambiador.

Sistemas:

2.3. INFORMACIN BIBLIOGRFICADINAMICA DE PROCESOSa. Consideraciones generales i

Permite explicar el significado fsico de los parmetros del proceso (personalidad del proceso). Investiga los mtodos para describir como se comportan los sistemas generales en estado no estacionario. Se piensa en un proceso dinmico como una caja negra con entradas (xt) y salidas (yt). Se puede calcular la funcin de salida yt desde cualquier funcin de entrada xt. Los modelos matemticos usados estn dados por ecuaciones diferenciales que son obtenidas por balances de materia, energa y momento, para ello se utilizan las leyes de termodinmica, cintica, flujo de fluidos, transferencia de masa y otras.

b. Algoritmo para el modelo matemtico del proceso

c. Parmetros de control iiSon los parmetros que definen el comportamiento del sistema frente a las perturbaciones que afecten su desempeo:

i. TIEMPO DE RESPUESTA

Tambin conocido como tau (), es el tiempo de respuesta necesario para la correccin realizada a la variable de entrada frente a una perturbacin que afecte a la variable de respuesta o salida.

ii. GANANCIATambin conocido como sensibilidad (K) es el valor que define que tan sensible al cambio es el sistema segn los valores de salida y entrada.

INTERCAMBIADORES DE CALORUn intercambiador de calor es un dispositivo diseado para transferir calor de un fluido a otro, sea que estos estn separados por una barrera slida o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de refrigeracin, acondicionamiento de Aire, produccin de Energa y procesamiento Qumico.

Figura 1. Intercambiador de calor de tubo en U, el haz de tubos consiste en un espejo estacionario, tubos en U (o de horquilla), deflectores o placas de soporte y espaciadores y tirantes apropiados. El haz de tubos se puede retirar de la coraza del intercambiador de calor. Se proporciona un cabezal del lado del tubo (estacionario) y una coraza con cubierta integrada, que se suelda a la coraza misma.2.4. IDENTIFICACIN Y ANLISIS DE VARIABLES

SMBOLO DE LA VARIABLENOMBRE DE LA VARIABLE

tTiempo

PPresin de vapor

V vapVolumen del vapor de calentamiento

TeTemperatura de entrada

TsTemperatura de salida

V aguaVolumen de agua de trabajo

qCaudal de vapor y agua

maFlujo msico de agua

DTVariacin de temperatura de salida y entrada

DTlnVariacin logartmica de la temperatura del IC

UCoeficiente total de transferencia de calor

A

Area del IC

UACociente de U y A

Valor de tiempo de paso tau.

kGanancia

2.5 PRESENTACIN DE MODELOS MATEMATICOS

2.6 MATERIALES E INSUMOS:

2 cronmetros 2 probetas 4 termocuplas Rotmetro 2.7 DESCRIPCION DEL EQUIPO:El intercambiador de calor de tubos concntricos se encuentra ubicado en el Laboratorio de Operaciones Unitarias de la Escuela Profesional de Ingeniera Qumica.Dicho Intercambiador de Carlo est compuesto de dos tubos concntricos, el tubo externo de hierro galvanizado tiene dos pulgadas de dimetro y el interno, de cobre de una pulgada; ambos tubo son de tres metros de longitud. Sobre el tubo de hierro galvanizado existen cuatro tomas de temperatura para evaluar la temperatura del fluido anular, las utilizadas e el trabajo son 1, 2 y 5.Figura N 3: Al intercambiador de calor se le proporciona vapor por medio del caldero de 20 HDP. El agua que se alimenta al intercambiador es de caudal de 2 a 20 litros por minuto.

2.8 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Primero: se procedi al reconocimiento del sistema. Segundo: se analizaron las variables del sistema Tercero: definir los objetivos. Cuarto: distribucin de cargos y funciones dentro del grupo. Quinto: marcha de la prctica, la realizacin con la toma de datos.3.-PRESENTACIN DE RESULTADOS

EXPERIMENTO:

Tiempo de inicio = 8:00 am Temperatura de entrada del agua fra = 16C Intercambiador de calor flujo a contracorriente El tamao del IC es lo suficientemente pequeo para que la temperatura del vapor de alimentacin no vare demasiado.Tabla1. Lectura cambio de temperatura de agua a la salida del IC

tTsQ

03714

9.5384

27.34394

29.98404

31.84414

33.6424

35.52434

38.92444

42.85454

44.67464

47.98474

50.12484

54.24494

58.93504

61.3514

66.07524

71.4534

74.95544

79.49554

85.04564

93.69564

3. DISCUSIN EXPERIMENTO:En ste experimento se busca conocer la dinmica del control de proceso para un intercambiador de calor que funciona con un flujo de contracorriente, el tamao del IC es lo suficientemente pequeo para considerar que la temperatura del vapor de alimentacin no vara lo suficiente, es as que se le puede tomar como constante; los perfiles para la temperatura de salida del agua y el caudal son los que determinan el cambio y los parmetros necesarios de control como son: K y .En la Grfica 1: El modulo de intercambio de calor fue preparado y se mantuvo trabajando hasta que el agua de salida lleg a un valor inicial de 37 C, es aqu que se inicia la experiencia; a los 27.34 segundos de empezada la experiencia es que se ve el salto de temperatura que se prolonga hasta los 85.04 segundos en los que el sistema llega a estabilizarse, es en este punto que se da por terminada la experiencia.En la Grfica 2: Se ve el cambio en el caudal del agua, en el tiempo cero el caudal del agua es de 14 lt/min es a los 9.5 segundos que se vara el caudal disminuyndolo a slo 4 lt/min, de ah en adelante hasta llegar a los 93.69 segundos que se termina la experiencia, el tiempo que demora la variacin de caudal en hacer efecto en la temperatura de salida del agua se conoce como tiempo muerto o tiempo de espera, equivalente a 27.34 segundos.Del grfico 1 y 2 es que se pueden calcular los diferentes parmetros del control de proceso, como son el tiempo muerto (p), la ganancia de proceso (K) y la constante de tiempo ().

Para la constante de tiempo se toma en cuenta el tiempo necesario de respuesta entre dos estados de cambio de la variable de proceso, se toma como tiempo final a 31.84 segundos que corresponde a la temperatura de 41 C y al inicial de respuesta 27.34 segundos que corresponde a la temperatura de 39 C:

4. CONCLUSIONES

Se determinaron los parmetros de control para el intercambiador de calor a contracorriente, siendo , y ; es importante hacer notar que el tiempo muerto es superior al tiempo de respuesta debido a que el sistema recin muestra un salto significativo en su temperatura a los 27.34 seg, antes de este tiempo la variacin de la pendiente en la grfica es menor. El valor de K tiene un significado de cambio correspondiente a -1.9 C por cada 1lt/min de agua que ingresa al IC, el valor es negativo debido a que al aumentar el caudal del fluido de entrada la temperatura de salida disminuye y viceversa, si disminuye el caudal de entrada la temperatura de salida ser mayor.

5. RECOMENDACIONES

EL uso de EPP es necesario para todos los operarios, el trabajo con calderas no es necesariamente riesgoso cuando se cumplen las normas de trabajo en el laboratorio, an as es necesario mantener en alto el estndar de seguridad a la hora de operar un equipo de ste tipo. Los datos recogidos son suficientes para poder hacer un anlisis sobre la dinmica del proceso, an as es necesario tomar en cuenta el uso de diferentes rangos para las variables manipulables y de control, el modificar el caudal talvs de 14 a 12 o en rangos superiores para poder observar como se comporta el sistema a dichas variaciones.

6. ANEXOS6.1NOMENCLATURASMBOLO DE LA VARIABLENOMBRE DE LA VARIABLE

tTiempo

PPresin de vapor

V vapVolumen del vapor de calentamiento

TeTemperatura de entrada

TsTemperatura de salida

V aguaVolumen de agua de trabajo

qCaudal de vapor y agua

maFlujo msico de agua

DTVariacin de temperatura de salida y entrada

DTlnVariacin logartmica de la temperatura del IC

UCoeficiente total de transferencia de calor

A

Area del IC

UACociente de U y A

Valor de tiempo de paso tau.

kGanancia

6.2 HOJA DE RECOJO DE DATOS EXPERIMENTALES Ficha de Recojo de informacinHOJA DE RECOJO DE DATOS: EXPERIMENTO 3

Equipo de estudiantes:1) Yuri Cuadros Huaman (Coordinador)4)Eduardo Vizcardo Alarcn

2) Rosala CutiTaquima(Seguridad)5)Elas Arenas Pancca

3) Shirley Huaman Quico(Secretaria)6) Herbert Espinel Maque

Tabla1. Lectura cambio de temperatura de agua a la salida del IC

tTsQ

03714

9.5384

27.34394

29.98404

31.84414

33.6424

35.52434

38.92444

42.85454

44.67464

47.98474

50.12484

54.24494

58.93504

61.3514

66.07524

71.4534

74.95544

79.49554

85.04564

93.69564

7.-BIBLIOGRAFA

Analizar el proceso y conceptuar el problema

Esquematiza el proceso

Plantear los balances necesarios

Plantear el balance en estado no estacionario

Lineal

Presentacin Ecuacin Diferencial

Linealizacin

Ecuacin Diferencial Lineal

Plantear el balance en estado estacionario

Diferenciar ambos balances

Ecuacin diferencial en variables de desviacin

Modelo matemtico como ecuacin diferencial

No

Si